導(dǎo)讀：Serverless 是如何產(chǎn)生的?當(dāng)前有哪些落地場(chǎng)景?Serverless 的未來(lái)又將如何?本文分享了阿里云高級(jí)技術(shù)專(zhuān)家不瞋對(duì)于 Serverless 的看法，回顧其發(fā)展歷程，并對(duì) Serverless 的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)。

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源起

回望整個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史，我們會(huì)發(fā)現(xiàn) “抽象、解耦、集成” 的主題貫穿其中。產(chǎn)業(yè)每一次的抽象、解耦、集成，都將創(chuàng)新推向新的高度，也催生出龐大的市場(chǎng)和新的商業(yè)模式。

大型機(jī)時(shí)代，硬件和軟件都是定制化的，使用專(zhuān)有的硬件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。

PC 時(shí)代，硬件被抽象解耦成 CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、主板、USB 設(shè)備等標(biāo)準(zhǔn)化的部件，不同廠商生產(chǎn)的部件可以自由組合，組裝成整機(jī)。軟件被抽象解耦為操作系統(tǒng)、庫(kù)等可復(fù)用組件。硬件和軟件的抽象解耦，創(chuàng)造了新的商業(yè)模式，釋放了生產(chǎn)力，造就了 PC 時(shí)代的繁榮。

云的時(shí)代，硬件軟件化和軟件服務(wù)化成為最顯著的兩個(gè)趨勢(shì)。

• 硬件軟件化的核心在于硬件功能中越來(lái)越多的部分由軟件來(lái)呈現(xiàn)，從而在迭代效率、成本等方面獲得顯著優(yōu)勢(shì)。以軟件定義存儲(chǔ)(Software Defined Storage，SDS)為例，SDS 是位于物理存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)請(qǐng)求之間的一個(gè)軟件層，允許用戶操控?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式和存儲(chǔ)位置。通過(guò)硬件與軟件解耦，SDS 可運(yùn)行于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)或者 X86 系統(tǒng)上，意味著用戶可以無(wú)差別的使用任何標(biāo)準(zhǔn)的商用服務(wù)器來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的存儲(chǔ)需求。硬件與軟件解耦也讓 SDS 能夠橫向擴(kuò)展，消除容量規(guī)劃，成本管理等方面的復(fù)雜性。
• 云時(shí)代的另一趨勢(shì)是軟件服務(wù)化。應(yīng)用軟件的功能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以遠(yuǎn)程調(diào)用的模式被海量用戶使用。服務(wù)成為應(yīng)用構(gòu)建的基礎(chǔ)，API 被實(shí)現(xiàn)為服務(wù)提供給開(kāi)發(fā)者，微服務(wù)架構(gòu)獲得廣泛的成功。服務(wù)也成為云產(chǎn)品的基本形態(tài)。過(guò)去 10 年，云已經(jīng)證明了它的成功。用戶只需要通過(guò)調(diào)用 API 就能獲取服務(wù)器，而無(wú)需自己建設(shè)數(shù)據(jù)中心。算力以前所未有簡(jiǎn)潔的方式提供給用戶。

還記得 Google 那篇著名的 “Datacenter as a computer “ 論文嗎?如果我們把云看作是 DT 時(shí)代的計(jì)算機(jī)，那么一個(gè)很自然的問(wèn)題是：隨著云的 API(全托管服務(wù))越來(lái)越豐富，什么才是適合于云的編程模型?我們應(yīng)當(dāng)以何種 “抽象、解耦、集成” 的方式構(gòu)建基于云的應(yīng)用?

在回答上述問(wèn)題之前，讓我們首先將目光轉(zhuǎn)向 SaaS 領(lǐng)域。Salesforce 是 SaaS 領(lǐng)域的明星企業(yè)，在平臺(tái)化能力建設(shè)方面的布局為我們提供了一個(gè)絕佳的案例。早期的 SaaS 產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)化的交付模式，通過(guò)開(kāi)放 API 接口實(shí)現(xiàn)被集成的能力。隨著 Salesforce 產(chǎn)品越來(lái)越豐富，客戶規(guī)模日益增長(zhǎng)，企業(yè)開(kāi)始面臨新的挑戰(zhàn)：

• 如何更快地推出新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品間的整合和協(xié)同?
• 客戶迅速增長(zhǎng)，需求多樣。如何高效地滿足客戶的定制化需求，增加客戶粘性?
• 如何提高產(chǎn)品被集成的能力，更好的銜接上下游資源?
• 當(dāng)產(chǎn)品能力和 API 完整度到達(dá)一定水準(zhǔn)后，如何讓開(kāi)發(fā)者快速整合 API，圍繞 Salesforce 能力便捷地開(kāi)發(fā)應(yīng)用?
• 如何設(shè)計(jì)好的商業(yè)模式，讓客戶、企業(yè)和開(kāi)發(fā)者共贏?

Salesforce 的策略是讓整個(gè)業(yè)務(wù)、技術(shù)和組織平臺(tái)化。平臺(tái)放大了企業(yè)的價(jià)值，讓企業(yè)、客戶、開(kāi)發(fā)者三方受益。通過(guò)不斷提升平臺(tái)的應(yīng)用交付能力，對(duì)內(nèi)大幅提高產(chǎn)品的研發(fā)效率，加強(qiáng)產(chǎn)品的集成和整合;對(duì)外則大幅提高了產(chǎn)品的被集成能力，建立開(kāi)發(fā)者生態(tài)。

從 2006 年開(kāi)始，Salesforce 在平臺(tái)化能力建設(shè)上大力投資，推出了 Apex，Visualforce 等編程語(yǔ)言，允許客戶、合作伙伴和開(kāi)發(fā)者在多租戶環(huán)境下編寫(xiě)和運(yùn)行自定義的邏輯代碼。在此基礎(chǔ)上，2008 年推出自研 Force.com PaaS 平臺(tái)，客戶能夠在該平臺(tái)上圍繞 Salesforce 的能力構(gòu)建自己的應(yīng)用程序。2010 年收購(gòu)了流行的 PaaS 服務(wù)商 Heroku，2019 年推出 Serverless 計(jì)算平臺(tái) Evergreen，進(jìn)一步加強(qiáng)應(yīng)用構(gòu)建和集成與被集成能力。除了應(yīng)用的構(gòu)建能力，Salesforce 近幾年來(lái)也在應(yīng)用的移動(dòng)化、數(shù)據(jù)化和智能化方面進(jìn)行了大量的投資，延伸平臺(tái)在相關(guān)領(lǐng)域的能力，幫助客戶實(shí)現(xiàn)管理流程的數(shù)據(jù)化和智能化，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和交易撮合為客戶帶來(lái)增量業(yè)務(wù)。

總結(jié) Salesforce 的發(fā)展歷程，我們可以得出一些觀點(diǎn)：

• API 已成為價(jià)值交付最重要的形式;
• 把 API 作為價(jià)值交付形式的產(chǎn)品或組織，當(dāng) API 豐富度和能力完整度達(dá)到一定水準(zhǔn)后，會(huì)升級(jí)為平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)突破能力瓶頸，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)、產(chǎn)品和技術(shù)新的進(jìn)化;
• 平臺(tái)能力高低體現(xiàn)在其編程模型上，即是否能幫助用戶高效、低成本的構(gòu)建新一代應(yīng)用;
• 平臺(tái)除了大幅提升企業(yè)價(jià)值交付的能力，更重要的是建立起應(yīng)用開(kāi)發(fā)生態(tài)。

雖然云遠(yuǎn)比上述 SaaS 案例復(fù)雜，但遵循著類(lèi)似的發(fā)展邏輯。幾乎所有云服務(wù)的產(chǎn)品功能都通過(guò) API 體現(xiàn)，云服務(wù)商也把發(fā)展平臺(tái)編程模型，提升用戶價(jià)值交付能力和建立應(yīng)用開(kāi)發(fā)生態(tài)作為最重要的目標(biāo)。當(dāng)我們從編程模型的視角去審視云的產(chǎn)品體系，紛繁復(fù)雜的云服務(wù)各自的定位逐漸清晰。

基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)和容器技術(shù)是云的基礎(chǔ)設(shè)施，以 K8S 為代表的容器編排服務(wù)是云原生應(yīng)用的操作系統(tǒng)，面向特定領(lǐng)域的后端服務(wù)(BaaS)則是云的 API。為了實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)力，在存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、大數(shù)據(jù)、AI 等領(lǐng)域，大量的 BaaS 服務(wù)是全托管、Serverless 的形態(tài)，這一趨勢(shì)已持續(xù)多年。例如現(xiàn)在客戶已經(jīng)非常習(xí)慣使用 Serverless 化的對(duì)象存儲(chǔ)，而不是自己基于服務(wù)器搭建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。當(dāng)云提供了豐富的 Serverless BaaS 服務(wù)后，需要一種新的通用計(jì)算服務(wù)，能夠屏蔽基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜度，基于云服務(wù)快速構(gòu)建應(yīng)用。因此 Serverless 計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生，它包含了以下要素：

• Serverless 計(jì)算是全托管的計(jì)算服務(wù)，客戶編寫(xiě)代碼構(gòu)建應(yīng)用，無(wú)需管理和運(yùn)維服務(wù)器等底層基礎(chǔ)設(shè)施;
• Serverless 計(jì)算是通用、普適的，結(jié)合云 API(BaaS 服務(wù))的能力，能夠支撐云上所有重要類(lèi)型的應(yīng)用;
• Serverless 計(jì)算不但實(shí)現(xiàn)了最純粹的按需付費(fèi)(為代碼實(shí)際運(yùn)行消耗的資源付費(fèi))，也應(yīng)當(dāng)支持預(yù)付費(fèi)等計(jì)量模式，使得客戶成本在各種場(chǎng)景下，與傳統(tǒng)方式相比都極具競(jìng)爭(zhēng)力;

不同于虛擬機(jī)或容器等面向資源的計(jì)算平臺(tái)，Serverless 計(jì)算是面向應(yīng)用的。要能整合和聯(lián)動(dòng)云的產(chǎn)品體系及其生態(tài)，幫助用戶在價(jià)值交付方式上實(shí)現(xiàn)顛覆式創(chuàng)新。

現(xiàn)狀：當(dāng)下 Serverless 在哪些場(chǎng)景落地?

隨著用戶心智的建立，產(chǎn)品本身能力的完善，Serverless 近年來(lái)呈加速發(fā)展的趨勢(shì)。我們看到在很多場(chǎng)景下，用戶使用 Serverless 架構(gòu)在可靠性、成本和研發(fā)運(yùn)維效率等方面獲得顯著的收益。

1. 小程序 / Web / Mobile / API 后端服務(wù)

在小程序、Web/Moible 應(yīng)用、API 服務(wù)等場(chǎng)景中，業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜多變，迭代上線速度要求高，而且這類(lèi)在線應(yīng)用，資源利用率通常小于 30%，尤其是小程序等長(zhǎng)尾應(yīng)用，資源利用率更是低于 10%。Serverless 計(jì)算的免運(yùn)維，按需付費(fèi)的特點(diǎn)非常適合構(gòu)建小程序/Web/Mobile/API 后端系統(tǒng)，通過(guò)預(yù)留計(jì)算資源+實(shí)時(shí)自動(dòng)伸縮，開(kāi)發(fā)者能夠快速構(gòu)建延時(shí)穩(wěn)定、能承載高頻訪問(wèn)的在線應(yīng)用。在阿里內(nèi)部，使用 Serverless 構(gòu)建后端服務(wù)是落地最多的場(chǎng)景，包括前端全棧領(lǐng)域的 Serverless For Frontends，機(jī)器學(xué)習(xí)算法服務(wù)，小程序平臺(tái)實(shí)現(xiàn)等等。

2. 大規(guī)模批處理任務(wù)處理

典型的離線任務(wù)批處理系統(tǒng)，例如大規(guī)模音視頻文件轉(zhuǎn)碼服務(wù)，包含計(jì)算資源管理、任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度、任務(wù)編排、任務(wù)可靠執(zhí)行、任務(wù)數(shù)據(jù)可視化等一系列功能。如果從機(jī)器或者容器層次開(kāi)始構(gòu)建，用戶通常使用消息隊(duì)列進(jìn)行任務(wù)信息的持久化和計(jì)算資源的分配，使用 K8S 等容器編排系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源的伸縮和容錯(cuò)，自行搭建或集成監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。如果任務(wù)涉及多個(gè)步驟，還需要整合工作流服務(wù)實(shí)現(xiàn)可靠步驟執(zhí)行，而通過(guò) Serverless 計(jì)算平臺(tái)，用戶只需要專(zhuān)注于實(shí)現(xiàn)任務(wù)處理邏輯，而且 Serverless 計(jì)算的極致彈性能很好的滿足突發(fā)任務(wù)對(duì)算力的需求。

3. 基于事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的在線應(yīng)用和離線數(shù)據(jù)處理

典型的 Serverless 計(jì)算服務(wù)通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)的方式廣泛的與云端各種類(lèi)型服務(wù)集成，用戶無(wú)需管理服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施和編寫(xiě)集成多個(gè)服務(wù)的膠水代碼，輕松構(gòu)建松耦合、分布式的事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的應(yīng)用。

以阿里云函數(shù)計(jì)算為例，通過(guò) API 網(wǎng)關(guān)和函數(shù)計(jì)算的集成，用戶可以快速實(shí)現(xiàn) API 后端服務(wù)。通過(guò)對(duì)象存儲(chǔ)和函數(shù)計(jì)算的事件集成，函數(shù)能實(shí)時(shí)響應(yīng)對(duì)象創(chuàng)建、刪除等事件，實(shí)現(xiàn)以對(duì)象存儲(chǔ)為中心的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。通過(guò)消息中間件和函數(shù)計(jì)算的事件集成，用戶能快速實(shí)現(xiàn)海量消息的處理。通過(guò)和阿里云 EventBridge 的集成，無(wú)論是一方云服務(wù)，還是三方的 SaaS 服務(wù)，或者是用戶自建的系統(tǒng)，所有的事件都可以快速便捷的被函數(shù)計(jì)算處理。

4. 運(yùn)維自動(dòng)化

通過(guò)定時(shí)觸發(fā)器，用戶能夠用函數(shù)快速實(shí)現(xiàn)定時(shí)任務(wù)，而無(wú)須管理執(zhí)行任務(wù)的底層服務(wù)器。通過(guò)云監(jiān)控觸發(fā)器，用戶可以接收 ECS 重啟/宕機(jī)，OSS 對(duì)象存儲(chǔ)流控等 IaaS 層服務(wù)的運(yùn)維事件，并自動(dòng)觸發(fā)函數(shù)處理。

未來(lái)：Serverless 將向何處去?

近年來(lái)，Serverless 一直在高速發(fā)展，呈現(xiàn)出越來(lái)越大的影響力。主流的云服務(wù)商也在不斷地豐富云產(chǎn)品體系，提供更好的開(kāi)發(fā)工具，更高效的應(yīng)用交付流水線，更好的可觀測(cè)性，更細(xì)膩的產(chǎn)品間集成，但一切才剛剛開(kāi)始。

趨勢(shì) 1：Serverless 將無(wú)處不在

任何足夠復(fù)雜的技術(shù)方案將被實(shí)現(xiàn)為全托管、Serverless 化的后端服務(wù)。不只是云產(chǎn)品，也包括合作伙伴和三方服務(wù)。云及其生態(tài)的能力將通過(guò) API + Serverless 來(lái)體現(xiàn)。事實(shí)上，對(duì)于任何以 API 作為功能透出方式的平臺(tái)型產(chǎn)品或組織，例如釘釘、微信、滴滴等等，Serverless 都將是其平臺(tái)戰(zhàn)略中最重要的部分。

趨勢(shì) 2：和容器生態(tài)將更加緊密融合

容器在應(yīng)用的可移植性和交付流程敏捷性上實(shí)現(xiàn)了顛覆式創(chuàng)新，是現(xiàn)代應(yīng)用構(gòu)建和交付的一次重要變革。

絕佳的可移植性：通過(guò)操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，應(yīng)用及其運(yùn)行環(huán)境被虛擬化為容器，實(shí)現(xiàn)了 build once，run anywhere，容器化的應(yīng)用能夠無(wú)差別的運(yùn)行在開(kāi)發(fā)機(jī)，on-premise，以及公有云的環(huán)境中;

敏捷的交付流程：容器鏡像已經(jīng)成為應(yīng)用封裝和分發(fā)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，今天全世界的開(kāi)發(fā)人員都習(xí)慣將容器作為應(yīng)用交付和分發(fā)的方式，圍繞容器，已經(jīng)建立了完整的應(yīng)用交付工具鏈。

容器已經(jīng)成為現(xiàn)代應(yīng)用運(yùn)行的基礎(chǔ)，但用戶仍然需要負(fù)責(zé)服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施的管理，包括水位預(yù)估、機(jī)器運(yùn)維等等。因此業(yè)界出現(xiàn)了 AWS Fargate，阿里云 ECI 等 Serverless container 服務(wù)，幫助用戶專(zhuān)注于容器化應(yīng)用的構(gòu)建，而無(wú)需負(fù)擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)施的管理成本。從 Serverless 視角來(lái)看，函數(shù)計(jì)算等 Serverless 計(jì)算服務(wù)為用戶帶來(lái)了全自動(dòng)的伸縮模式、極致彈性以及完全按需的計(jì)量方式，卻在用戶開(kāi)發(fā)習(xí)慣的兼容性、可移植性、完工具鏈和生態(tài)等方面面臨挑戰(zhàn)，而這正是容器的優(yōu)勢(shì)。相信隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)容器鏡像也將成為函數(shù)計(jì)算等更多 Serverless 應(yīng)用的分發(fā)方式，容器龐大的工具生態(tài)和 Serverless 免運(yùn)維、極致彈性結(jié)合在一起，為用戶帶來(lái)全新的體驗(yàn)。

趨勢(shì) 3：Serverless 將通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)的方式連接云及其生態(tài)中的一切

我們已經(jīng)在前述章節(jié)中討論了函數(shù)計(jì)算通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)和云服務(wù)連接的意義，這樣的能力也會(huì)擴(kuò)展到整個(gè)云的生態(tài)。無(wú)論是用戶自己的應(yīng)用，還是合作伙伴的服務(wù);無(wú)論是 on-premise 環(huán)境，還是公有云，所有的事件都能以 Serverless 的方式處理。云服務(wù)及其生態(tài)將更緊密的連接在一些，成為用戶構(gòu)建彈性高可用的應(yīng)用的基石。

趨勢(shì) 4：Serverless 計(jì)算將持續(xù)提高計(jì)算密度，實(shí)現(xiàn)最佳的性能功耗比和性能價(jià)格比

虛擬機(jī)和容器是兩種取向不同的虛擬化技術(shù)。前者安全性強(qiáng)，開(kāi)銷(xiāo)小，后者則相反。Serverless 計(jì)算平臺(tái)一方面要求最高的安全性和最小的資源開(kāi)銷(xiāo)，魚(yú)與熊掌必須兼得;另一方面要保持對(duì)原有程序執(zhí)行方式的兼容，比如支持任意二進(jìn)制文件，這使得適用于特定語(yǔ)言 VM 的方案不可行。因此 AWS Firecracker，Google gVisor 這樣新的輕量虛擬化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。以 AWS Firecracker 為例，通過(guò)對(duì)設(shè)備模型的裁剪和 kernel 加載流程的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了百毫秒的啟動(dòng)速度和極小的內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)。一臺(tái)裸金屬實(shí)例支持?jǐn)?shù)以千計(jì)的實(shí)例運(yùn)行。結(jié)合應(yīng)用負(fù)載感知的資源調(diào)度算法，云服務(wù)商有望在保持穩(wěn)定性能的前提下，將超賣(mài)率提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。

當(dāng) Serverless 計(jì)算的規(guī)模和影響力變得越來(lái)越大，從應(yīng)用框架、語(yǔ)言、硬件等層面，根據(jù) Serverless 的負(fù)載特點(diǎn)進(jìn)行端對(duì)端優(yōu)化就變得非常有意義。新的 Java 虛擬機(jī)技術(shù)大幅提高 Java 應(yīng)用的啟動(dòng)速度，非易失性內(nèi)存幫助實(shí)例更快被喚醒，CPU 硬件和操作系統(tǒng)協(xié)作對(duì)高密環(huán)境下性能擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)精細(xì)隔離，所有新技術(shù)正在創(chuàng)造嶄新的計(jì)算環(huán)境。

實(shí)現(xiàn)最佳性能功耗比和性能價(jià)格比的另一個(gè)重要方向是支持異構(gòu)硬件。長(zhǎng)期以來(lái)，X86 處理器的性能越來(lái)越難以提升。而在 AI 等對(duì)算力要求極高的場(chǎng)景，GPU、FPGA、TPU(Tensor Processing Units) 等架構(gòu)的處理器的計(jì)算效率更具優(yōu)勢(shì)。隨著異構(gòu)硬件虛擬化、資源池化、異構(gòu)資源調(diào)度、應(yīng)用框架支持的成熟，異構(gòu)硬件的算力也能通過(guò) Serverless 的方式釋放，大幅降低用戶使用門(mén)檻。

后記

2009 年，UC Berkeley 發(fā)表了一篇著名的論文“Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing”，討論了云及其價(jià)值、挑戰(zhàn)和演進(jìn)路徑，其中的真知灼見(jiàn)在云的十年發(fā)展歷程中陸續(xù)被驗(yàn)證，今天已沒(méi)有人懷疑云的價(jià)值和對(duì)各行各業(yè)深刻的影響。2019 年，他們發(fā)表了新的論文，“Cloud Programming Simplified: A Berkeley View on Serverless Computing”，預(yù)言 Serverless 將主導(dǎo)下一個(gè)十年云的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是螺旋式上升，Serverless 的誕生和興起邏輯早已蘊(yùn)含其中。相信下一個(gè)十年， Serverless 將重塑企業(yè)創(chuàng)新的方式，幫助云成為社會(huì)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。